相变控温式高压电缆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种相变控温式高压电缆，涉及电力电缆【技术领域】。本发明包括电缆内芯和电缆外层，所述电缆内芯从内到外依次为线芯、绝缘层、屏蔽层，所述电缆外层从内到外依次为绕包层、内护层、铠装层和外护层，在所述电缆内芯和电缆外层之间为填充层，所述填充层为复合相变材料。该电缆节能、环保、自动温控，通过相变材料改善高压电缆散热情况，提高电缆载流、过载能力和热稳定性，延长电缆使用寿命。
【专利说明】相变控温式高压电缆
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压电缆【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高压电缆的传输容量取决于热平衡状态下电缆内外绝缘材料的温升。对于常规结构的电缆，导体产生的热量经由内外屏蔽层、绝缘层、填充层、内护套、钢带铠装层、PVC护套，最后散发到空气中或土壤中。目前高压电缆采用的填充材料有玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯(PP)与聚乙烯混合料、棉纱、聚丙烯(PP)绳等。其主要作用是保持电缆圆整，减少胶料用量，降低成本，增加电缆强度。上述填充材料的热阻较高且分布不均，在一定程度上影响热量传输的效率，不利于电缆导体的散热和冷却。严重时，可引起电缆局部温升过高，甚至导致热击穿。
[0003]相变材料(PCM-Phase Change Material)是一类特殊的功能性材料,是指随着温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，其能在等温或近似等温的情况下发生相变(多数为固液相变或气液相变)，同时伴随有较大能量(一般称为相变潜热)吸收或释放，这个特点是该类材料具有广泛应用的原因和基础。相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类，有机复合相变材料克服了传统相变材料在使用过程中的许多问题，具有许多优异的性能:(I)储存热能量大，温度可调控。(2)可直接成型加工，对容器要求不高甚至无需容器盛装直接作为骨架材料使用，大大减少了生产成本。(3)材料相变过程中体积变化较小，形状稳定，是一种环境友好型材料。
[4]性能稳定，无过冷现象和相分离现象，使用寿命长。因此有机复合相变材料日益受到研究者的重视，被视为最有发展前途的相变材料之一。
[0004]有机复合相变材料已在包括太阳能、工业余热回收、建筑材料、空调蓄冷、电子器件、电池散热、化妆品、调温纤维等多个领域得到广泛应用。相变材料的研究正成为世界范围内的研究热点，具有各种不同性能(如不同的相变温度、不同的相变焓值，不同的形状，不同稳定性等)的PCM正在快速地被开发出来，并不断地为这些材料的应用拓展新的领域。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种相变控温式高压电缆，该电缆能自动降温，通过相变材料改善高压电缆散热情况，提高电缆载流、过载能力和热稳定性，延长电缆使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种相变控温式高压电缆，包括电缆内芯和电缆外层，在所述电缆内芯和电缆外层之间为填充层，所述填充层中包括复合相变材料。
[0007]进一步的，所述复合相变材料为有机复合相变材料。
[0008]进一步的，所述有机复合相变材料为石蜡基导热增强型复合相变储能材料。
[0009]进一步的，所述填充层全部为复合相变材料。[0010]进一步的，所述高压电缆为高压交联聚乙烯电缆。
[0011]进一步的，所述复合相变材料为圆绳状，或含空隙单元的立方体；所述的含空隙单元的立方体的中间为填充的复合相变材料，四周为由正方形直棱柱组成的导热增强材料骨架。
[0012]进一步的，所述导热增强材料骨架为膨胀石墨材料。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:该电缆创新性地将导热增强型复合相变材料应用于电力电缆的散热冷却，通过革新电缆填充层的材料实现三芯电缆强导热自冷却功能，从而提闻电力电缆的热稳定性能；
该电缆是基于有机复合相变材料，对高压交联聚乙烯电缆的填充材料进行优化，提出一种强导热自冷却填充材料。在增加导热性能、降低填充层热阻的同时，利用相变冷却热容量大的优点，可以有效降低高压电缆的暂态温升。从而，防止高压电缆长期循环局部过热造成的热击穿，有效延长高压电缆使用寿命。不仅如此，采用导热增强型复合相变材料，还能够大幅度提升填充层的热传导效率，结合相变冷却技术，能够有效降低三芯电缆的稳态温升，达到大幅度提升电缆载流量和电缆的过载能力；
该电缆节能环保，能够利用相变自动调控温度，能够满足电缆在不同环境下的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
图2是复合相变填充材料的微观结构示意图；
图中:1、外护层；2、铠装层；3、内护层；4、线芯；5、屏蔽层；6、绝缘层；7、填充层；8、绕包层。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0016]本发明是基于有机复合相变材料，对高压交联聚乙烯电缆的填充材料进行优化，提出一种强导热自冷却填充材料。在增加导热性能、降低填充层热阻的同时，利用相变冷却热容量大的优点，可以有效降低高压电缆的暂态温升。从而，防止高压电缆长期循环局部过热造成的热击穿，有效延长高压电缆使用寿命。不仅如此，采用导热增强型复合相变材料，还能够大幅度提升填充层的热传导效率，结合相变冷却技术，能够有效降低三芯电缆的稳态温升，达到大幅度提升电缆载流量的目标。
[0017]本发明包括电缆内芯和电缆外层，所述电缆内芯从内到外依次为线芯4、绝缘层
6、屏蔽层5，所述电缆外层从内到外依次为绕包层8、内护层3、铠装层2和外护层1，在所述电缆内芯和电缆外层之间为填充层7，所述填充层7为复合相变材料，所述复合相变材料为石蜡基导热增强型复合相变储能材料；所述复合相变材料优选为复合定型相变材料。
[0018]相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固一液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。
[0019]相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点，但其较低的导热系数限制了吸/放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料，用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。
[0020]本发明所产生的有益效果在于:
(1)提升电缆载流量
XLPE即交联聚乙烯电缆的允许载流量是有导电线芯的最高允许温度、电缆周围的环境和电缆周围的热传导等因素决定的。电缆导体运行过程中会产生热量向周围散发，电缆本体的导热性能不仅影响其允许载流量，而且对绝缘材料的耐热性及老化性也起作用。绝缘材料的温度升高时会逐渐老化，失去固有的绝缘水平和机械强度。强导热自冷却填充材料采用高导热系数的导热增强型材料，可成倍提升填充材料的导热性能，同时结合相变吸热，能够有效降低正常运行时高压电缆的稳态温升，从而提高电缆系统的载流量；
(2)提高电缆过载能力
高压交联聚乙烯绝缘电缆相较于油纸绝缘等其他电缆有许多明显的优点，因而在配网系统居于统治地位。然而，就过载能力而言，交联聚乙烯电缆却略为逊色。如下表1所示:
【权利要求】
1.一种相变控温式高压电缆，包括电缆内芯和电缆外层，其特征在于:在所述电缆内芯和电缆外层之间为填充层(7)，所述填充层中包括复合相变材料。
2.根据权利要求1所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述复合相变材料为有机复合相变材料。
3.根据权利要求2所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述有机复合相变材料为石蜡基导热增强型复合相变储能材料。
4.根据权利要求1所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述填充层全部为复合相变材料。
5.根据权利要求1所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述高压电缆为高压交联聚乙烯电缆。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述复合相变材料为圆绳状，或含空隙单元的立方体；所述的含空隙单元的立方体的中间为填充的复合相变材料，四周为由正方形直棱柱组成的导热增强材料骨架。
7.根据权利要求6所述的相变控温式高压电缆，其特征在于:所述导热增强材料骨架为膨胀石墨材料。
【文档编号】H01B9/02GK104036866SQ201410296586
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】郭刚, 郜志, 郝春生, 李雪松, 姚孟, 陈恒 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司邯郸供电分公司